Aerostate: Baloane și dirijabile

(USS Macon deasupra lui Lower Manhattan, 1933)

Un aerostat este o aeronavă mai ușoară decât aerul, care se ridică prin utilizarea unui gaz flotant, care le crește flotabilitatea, prin principiul lui Arhimede. Densitatea gazului trebuie să fie mai mică decât cea a aerului (aproximativ 1,29 kg/m3, 1,29 g/l).

Aerostatele includ baloane și dirijabile. Un balon poate fi liber sau legat. Densitatea medie a ambarcațiunii este mai mică decât densitatea aerului atmosferic, deoarece componenta sa principală este una sau mai multe guri de aer, un înveliș ușor care conține un gaz flotant pentru a asigura flotabilitatea, la care sunt atașate alte componente, cum ar fi un echipament cu gondolă sau oameni . În special la dirijabile, zone de gaz este adesea protejată de o anvelopă exterioară.

Aerostatele sunt denumite astfel, deoarece folosesc o ascendență aerostatică, o forță flotantă care nu necesită mișcare prin masa aerului înconjurător. Acest lucru contrastează cu navele aerodinamice grele care utilizează în primul rând o ascendență aerodinamică necesitând deplasarea unei suprafețe a aripii prin masa aerului înconjurător. Termenul a fost, de asemenea, folosit într-un sens mai restrâns, pentru a se referi la balonul legat static, spre deosebire de aeronavele libere.

Baloane

(Un balon cu aer cald.)

Un balon este un aerostat fără mijloace de propulsie și care poate să fie legat pe un cablu lung, sau lăsat să se deplaseze liber cu vântul.

Deși un balon liber călătorește cu viteza vântului, el se deplasează odată cu vântul, astfel încât un pasager nu simte curentul de aer. Pentru a schimba altitudinea față de sol (pentru a se ridica mai sus) trebuie să se regleze (elimine) din greutatea balastului. Utilizările notabile ale baloanelor cu zbor liber includ baloanele meteorologice și baloanele sportive.

Un balon fixat este ținut în jos de una sau mai multe cabluri de ancorare sau legături. Are o ridicare suficientă pentru a ține cablul întins, iar altitudinea sa este controlată prin modificarea lungimii cablului de legătură. Un balon legat simte vântul. Un balon rotund este instabil și se învârte în cazul vânturilor puternice, astfel încât a fost dezvoltat balonul-zmeu, cu o formă aerodinamică asemănătoare unei aeronave ne-rigide. Utilizările notabile ale baloanelor legate includ baloanele de observare și baloanele de baraj, iar baloanele nelegate pot fi baloane de spionaj și baloane pentru aruncarea unor bombe în rîzboi, etc.

Dirijabile

(Dirijabilele Goodyear sunt niște aerostate non-rigide)

Un dirijabil este un aerostat cu aer comprimat, care poate fi direcționat. Dirijabilele de navigație se împart în tipuri rigide, semi-rigide și non-rigide, aceste ultime fiind adesea cunoscute sub denumirea de blimp.

Un dirijabil rigid are o structură exterioară sau piele care înconjoară sacii de gaz flotant din interiorul acestuia. Anvelopa exterioară își păstrează forma chiar dacă sacii de gas sunt dezumflați. Marile dirijabile Zeppelin din secolul al XX-lea erau de tip rigid.

Un dirijabil non-rigid sau blimp se dezumflă ca un balon când pierde gaz. Dirijabilele Goodyear sunt încă obișnuite în SUA.

Un dirijabil semi-rigid are o geantă degonflabilă de gaz ca o structură ne-rigidă, dar cu o structură de susținere care îl ajută să-și mențină forma cât mai sus. Primul dirijabil practic, Santos-Dumont nr.6, a fost semi-rigid.

Unele dirijabile obțin o aerodinamică suplimentară în timp ce călătoresc prin aer, folosind forma anvelopei lor sau prin adăugarea unor aripi normale sau mai mici. Tipurile concepute pentru a exploata acest efect de ridicare în croazieră normală se numesc dirijabile hibride.

Aerostate hibride

Un aerostat hibrid utilizează atât flotabilitatea statică, cât și fluxul dinamic al aerului pentru a oferi flotanța. Mișcarea dinamică poate fi creată fie prin utilizarea unei puteri propulsive ca o aeronavă hibridă, fie prin legarea în vânt ca un zmeu.

Piasecki Helicopter a dezvoltat helistatul Piasecki PA-97 folosind sistemele de rotoare de la patru elicoptere învechite și un balon excedentar pentru a oferi o capacitate de ridicare a încărcăturilor mai grele decât ar putea oferi un singur elicopter. Aeronava a suferit un accident fatal în timpul unui zbor de încercare. În 2008, Boeing și SkyHook International au resuscitat conceptul și au anunțat proiectarea modelului SkyHook JHL-40.

Helizmeul Allsopp este o combinație a unui balon de heliu și a unui zmeu pentru a forma un singur aerostat aerodinamic legat, care exploatează vântul și heliul pentru ridicarea sa.

Gaze flotante

Pentru a asigura flotabilitatea, orice gaz flotant trebuie să fie mai puțin dens decât aerul înconjurător. Un balon cu aer cald este deschis în partea inferioară pentru a permite intrarea aerului cald, în timp ce balonul cu gaz este închis pentru a opri scurgerea gazului flotant (rece). Gazele flotante obișnuite includ hidrogenul, gazele de cărbune și heliul.

Aer cald

Când este încălzit, aerul expandează. Acest lucru îi scade densitatea și creează forța ascendentă. Baloane mici cu aer cald, sau lanterne, au fost lansate în China din cele mai vechi timpuri. Primul aerostat modern de ridicare a omului, realizat de frații Montgolfier, a fost un balon cu aer cald. Majoritatea baloanelor timpurii au fost totuși baloane cu gaz. Interesul pentru sportul cu balonare cu aer cald a fost revigorat în a doua jumătate a secolului al XX-lea, inclusiv pentru unele aeronave cu aer cald.